”Voit hallita vain sitä, mitä mittaat.” – Ilmaston hallinta äärimmäisissä olosuhteissa

Rolf Multhauf, Euroopan myyntijohtaja Biddle

Suomi on eräs maailman pohjoisimpia maita. Talvilämpötilat saattavat olla jopa -38 °C (säävyöhyke IV) ja talvet ovat pitkiä. Harvassa muussa maassa tuntien määrä, jolloin lämpötila on alle 0 °C, on niin korkea; keskiarvo on 2 676 tuntia eli 30 % vuodesta. Keskimääräinen lämmityskausi, jolloin lämpötila on alle 15 °C, on 7 495 tuntia. Se on 85 % koko vuodesta.

Suomen ilmasto edellyttää myös rakennustekniikalta toimivuutta äärimmäisissä olosuhteissa. Tämä ei koske pelkästään testiolosuhteita – käytetyn teknologian tulee toimia läpi rakennuksen käyttöiän. Rakennukset itsessään on suunniteltu ja eristetty kestämään äärimmäisiä sääolosuhteita. Heikon kohdan muodostavat niissä olevat aukot. Kylmänä vuodenaikana kaksi äärimmäistä ilmastoa kohtaa toisensa oviaukkojen kohdalla.

Suomessa lämpötilaero ΔT = 40 °C on normaali tilanne. Tästä seuraa kahden eri ilmaston voimakas vuorovaikutus. Kylmä ilma virtaa sisään rakennukseen aukon kohdalla, kun taas lämmin ilma virtaa vastaavasti ulos rakennuksesta oviaukon yläreunan kohdalla. Energiahävikki on suuri ja sisään tuleva kylmä ilma voi myös aiheuttaa lattiapintojen jäätymistä sekä vaurioittaa rakenteita.

;Kuvatussa tilanteessa sisään ryntäävän ulkoilman lämmitystehontarve voi olla jopa 100 kW. Normaali lämmitys ei enää riitä: patterien, lattialämmityksen tai ilmalämmityksen kapasiteetti loppuu.  Rakennus jäähtyy kylmäksi erittäin nopeasti ja tekisi siellä oleskelun mahdottomaksi normaaleissa olosuhteissa.

Tässä tilanteessa on tärkeintä pitää nämä kaksi eri ilmanalaa erossa toisistaan. Hetkellä, jolloin ovi avataan, tarvitaan tehokas ratkaisu erottamaan ilmastot toisistaan.

Kuinka tämä tehdään? Ratkaisu on ilmaverho; ylhäältä alas puhallettu ilmapatja, joka jaksaa lattiaan asti myös kovallakin pakkasella. Tämä näkymätön ovi kattaa koko oviaukon ja erotta kaksi eri ilmastoa toisistaan. Ilmaverho varustetaan tarvittaessa lämmityspatterilla.

Ilmaverhon tärkein tehtävä on minimoida lämmitetyn sisäilman ulosvirtaus

• Ilmaverhon toisena tehtävänä on käsitellä sisään virtaavaa vuotoilmaa
• Täydellistä ilmasulkua ei ole olemassa
• Vuotoilmaa lämmitetään tarpeen mukaan

Avoimen oviaukon suojauksessa on tärkeää, että:

• varmistetaan, että ilmastojen erottelu toimii oikein myös ääriolosuhteissa
• lämmitysenergian tarve pysyy minimissä ja että ihmisten mukavuus saavutetaan optimaalisesti.

Tämä onnistuu, kun:

• kullekin aukolle mitoitetaan juuri sille sopiva ilmaverho
• valvotaan, että asennus tehdään oikein.

Väärin mitoitetun, asennetun tai käytetyn järjestelmän energiahävikki voi olla suurempi verrattuna oviaukkoon, jossa ei edes ole ilmaverhoa. Jotta näin ei tapahtuisi, luotettava valmistaja ottaa laitteista kokonaisvastuun ja neuvoo ja mitoittaa toimivan ratkaisun kullekin oviaukolle.

Ilmaverhon mitoitus ja simulointi, Biddlen CHIPS-tekniikka

Sisääntulon suunnitteluun ei rakennusprojekteissa yleensä kiinnitetä erityistä huomiota. Tuulikaappiin piirretään ilmaverho, joka pitäisi aina suunnitella oviaukon ja rakennuksen ominaisuuksien mukaan. Suunnittelu perustuu kuitenkin usein rakennuksen sijaintipaikan keskimääräiseen ulkolämpötilaan, esimerkiksi Helsingissä se on päivällä +8,2 °C. Tällöin suunnittelussa ei oteta huomioon äärimmäisiä talvilämpötiloja, koska niitä esiintyy yleensä vai muutamana tuntina vuodessa. Tämä perustelu johtaa huonoon lopputulokseen.

Biddle: ääriolosuhteet pitää ottaa huomioon ilmaverhon mitoituksessa

Ilmaverhoa mitoitettaessa simulointi täytyy tehdä kaikille lämpötila-alueille ja kaikkiin rakennusteknisiin olosuhteisiin. Lämmitystehon tarve ja energiankulutus on määritettävä kullekin toimintapisteelle. Se tehdään myös matalillakin lämpötiloilla; muista mitoituslämpötilat jopa -38 °C. Mikäli ääriolosuhteita ei oteta huomioon, ilmaverho ei jaksa puhaltaa lattiaan asti talvipakkasilla liian heikon impulssin takia (katso kuva alla).

Kylmä ulkoilma virtaa sisään ilmaverhon alaosasta ja ilmapatja taipuu lämpimän ilmavirtauksen mukana ulos. Tämä ei johda ainoastaan "normaaliin" energiahävikkiin, kun ovi avataan, vaan hävikki kasvaa huomattavasti, koska ilmaverhon lämmittämä ilma kirjaimellisesti ”heitetään” ulos.

Jos ääriolosuhteita ei oteta huomioon, puhalluspatja ei jaksa lattiaan asti.

Näin tapahtuu, jos ilmaverho on suunniteltu vain keskimääräisten ulkolämpötilojen perusteella. Vaikka ääriolosuhteita olisi vain muutamana tuntina vuodessa, energiahävikki kasvaa suureksi ja lisäksi oleskelualueen mukavuus kärsii.

   
Biddle-ilmaverhon toiminnan simulointi VACP-ohjelmalla

Kuten seuraavasta kuvasta näkyy, virheellisiä asetuksia tai olosuhteita voi olla useita, ja ne vaikuttavat energiankulutukseen sekä mukavuuteen:

Virheiden estämiseksi suoritetaan ilmaverhon simulointi. Kaikki oviaukon tiedot kootaan yhteen ja samaan ohjelmistoon. Rakennuksen tiiviys, suuntaus, ovien käyttöaste sekä rakennustyyppi ovat tärkeitä lähtötietoja.

Ohjelmassa simuloidaan ilman virtausdynaamisia olosuhteita ja fysiikkaa. Tämän lisäksi ohjelmisto käyttää toteutuneiden projektien ja laboratoriotutkimusten mittaustietoja. Nykytekniikalla ilmaverhoista voidaan tuottaa dataa, jolla on mahdollista tehdä teoreettisia laskelmia mitattujen tietojen perusteella. Lopputuloksena on ohjelmisto, joka helposti muuntuu paikallisiin olosuhteisiin sopivaksi.

Puhallus ilman turbulenssia ja optimoitu puhallusaukon leveyden säätö johtavat ilmapatjan energiatehokkaasti ja miellyttävästi lattiaan asti. Biddle-ilmaverhon moderni tekniikka säästää energiaa. 

Energiansäästö ilmaverholla, Biddlen ROI-laskenta

On myös mahdollista tehdä simulaatioita odotettavissa olevan energiankulutuksen ja energiansäästöjen selvittämiseksi Straventin ROI-laskurilla. Lämmitystehontarve lasketaan kullekin ulkolämpötilalle, jonka jälkeen vuosittainen energiankulutus määritetään vuosittaisen tuntimäärän mukaan. Energiahintojen noustessa jatkuvasti, auttaa laskelma hahmottamaan odotettavissa olevat kustannukset ja säästöt.

 Straventin ilmaverhojen ROI-laskuri

Asennus ja Biddlen CHIPS-automatiikka

Ilmaverhon yksilöllinen mitoitus ja simulointi kullekin oviaukolle on hyvä lähtökohta toimivalle järjestelmälle. Mutta paraskaan suunnittelu ei voi korvata laadukasta asennusta. Väärä tai viallinen asennus vaikuttaa välittömästi energiankulutukseen ja mukavuuteen sisääntuloalueella ja mahdollisesti myös koko rakennuksessa.  Ilmaverhojärjestelmällä on merkittävä vaikutus rakennuksen sisäilmaan ja siksi se tulee asentaa huolellisesti. Biddlen CHIPS-automatiikassa on koneeseen valmiiksi integroituna tarvittavat anturit, joita säätöjärjestelmä tarvitsee älykästä ohjausta varten.  Ne tuottavat järjestelmän kaikkien komponenttien hallintaan tarvittavat tiedot.

SR-ilmaverhoon asennetaan tehtaalla:

Ilmaverhojärjestelmän älykkyydestä huolimatta käyttöönottotarkastus ja viritys ovat suositeltavia, jopa pakollisia toimenpiteitä. Lämpö-, sähkö- ja RAU-johtojen kytkentöjen oikeellisuus tulee varmistaa; niillä on suuri vaikutus ilmaverhon toimintaan. Ovimekanismit, rakenteet ja alakatto vaikuttavat ripustuspisteisiin ja on olemassa riski, että oviaukon koko pinta-alaa ei välttämättä voida peittää.

PERIAATE: Ilmaverho on aina leveämpi kuin oviaukko

PERIAATE: Ilmaverho asennetaan mahdollisimman lähelle oviaukon yläreunaa, ovikoneistoa väistäen

Sisääntuloalueen suunnittelu on tärkeää arkkitehdin kannalta, koska ilmaverhon tulisi olla asennettavissa mahdollisimman huomaamattomasti. Kompromissit ovat usein tarpeen, mutta toimivuus on aina varmistettava.  Asiakkaiden toivomukset voidaan useimmiten ratkaista paikan päällä.

Asennuksen asiantunteva valvonta ja järjestelmän ammattimainen tarkastus sekä viritys takaavat aiemmin simuloidun tuloksen onnistumisen. Ammattimainen käyttöönotto sisältää myös mittaukset infrapunatekniikalla. Näkymättömät ilmavirtaukset ja lämpötilakerrokset saadaan näkyviksi infrapunatekniikalla.

Valvonta

Kun asennus ja käyttöönotto ovat valmiit, aloitetaan tietojen keruu.

Järjestelmän simuloinnin, asennuksen valvonnan ja mittausten jälkeen tehdään teorian ja käytännön vertailu. Toimiiko järjestelmä todella niin kuin sen on suunniteltu toimivan? Ovatko rakennuksen energiankulutus ja lämpötilat simulaation antamien raja-arvojen sisällä?

”Voit hallita vain sitä, mitä mittaat.” 

Keräämällä tietoa järjestelmästä ja rakennuksesta voidaan tehdä johtopäätöksiä toimintatavan optimoimiseksi.

Ihannetapauksessa laite käyttäytyy aiemmin simuloidulla ja lasketulla tavalla. Laitteen ohjaustekniikka mukautuu jokaiseen tilanteeseen täysin automaattisesti. Energiankulutus pysyy määritellyissä rajoissa ja vaaditut mukavuusolosuhteet rakennuksessa saavutetaan. Tässä tapauksessa voidaan tehdä lisäkorjauksia energiankulutuksen edelleen optimoimiseksi ja vähentämiseksi.

 Jos energiankulutus tai lämpötila kuitenkin poikkeavat määritellyistä rajoista, tarvittavat toimenpiteet käynnistetään hälytysviestien avulla.

Järjestelmässä pikkuvialla on usein suuri vaikutus. Esimerkiksi likaiset tai vialliset suodattimet voivat heikentää ilmaverhon suorituskykyä. Tämä johtaa siihen, että ilmaverhon impulssi heikkenee ja ilmapatja taipuu ulospäin oviaukosta, kuten edellä on kuvattu. IV-järjestelmän epätasapaino voi aiheuttaa alipaineen rakennukseen, jonka seurauksena korvaava ilma pyrkii sisään oviaukosta. Joka tapauksessa korkean energiankulutuksen syy tulee selvittää.

Tietojen keruu ja tallennus ei pilvijärjestelmien myötä ole enää ongelma. Tietoja välitetään jatkuvasti joko langattomien verkkojen tai modeemien avulla. Suurimman osan ajasta järjestelmä tekee sen, mitä se on suunniteltu tekemään. Toimintaan puuttuminen ei ole tarpeen, mikäli järjestelmä on suunniteltu hyvin, asennettu ja säädetty oikein ja sitä huolletaan säännöllisesti.

Jos jotain menee vikaan eikä laite ole enää alkuperäisessä tilassa, tapahtuu hälytys. Hälytyksen raja-arvot määritetään yhdessä asiakkaan kanssa siten, että laitteen toimintaan puututaan vain, mikäli tavoitteisiin pääseminen vaarantuu pysyvästi.

Laitevalmistajan huolto-osastolle kannattaa ilmoittaa ongelmista, jotka voivat vaikuttaa merkittävästi energiankulutukseen tai mukavuuteen.

Laitevalmistajan huolto pystyy selvittämään ja ratkaisemaan ongelmat nopeasti. Järjestelmä pystytään palauttamaan takaisin optimaaliseen tilaan lyhyessä ajassa. Tämä on erityisen tärkeää talvella, jolloin järjestelmän vikaantuminen johtaa välittömästi valituksiin ja energiahävikkiin.